专利名称：浊度传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及水质测量仪器，特别是涉及可广泛使用到海洋、江河、湖泊等测量
水质混浊度的光学仪器。
背景技术：
水体的浊度值是水质生态监测的重要参数。由于水体中存在着各种各样的不溶性 悬浮物物质，使得水体呈现一种不透明的光学性质，而浊度测量就是测量水体的不透明程 度，即浊度值。 当一束固定波长的入射光射进水中，水中悬浮物表面不同角度出现散射现象。利 用与入射光成固定角度上接收统一波长的散射光强度来确定浊度的值，这就是浊度测量的 原理。 目前，对水体浊度的测量，主要有现场比色分析、实验室测量、现场在线测量三种 方法。现场比色分析方法是将被测水体与提前配置好的标准浊度样品以进行比色的方式确 定其浊度值，测量结果受到标准浊度样品的限制。实验室测量需要采取水样，再到实验室或 者实验船上进行测量，不能反应水体的现场真实数据。现场在线测量能实时监测水体的浊 度变化情况，但是现有的浊度传感器存在体积大、功耗高的缺点，不太适用于在浮标、水质 监测仪等仪器装置上集成。 图1显示现有技术的现场在线测量浊度传感器。如图1所示，浊度传感器呈圆柱体 结构，圆柱密封壳体前端面上设置玻璃窗，玻璃窗采用K9材质玻璃，玻璃窗的后面设置方 形压盖，方形压盖固定在密封壳体前端，玻璃窗罩住方形压盖的圆柱孔，形成透明窗口 。光 发射器和光电接收器设置在密封壳体前端的方形压盖内，光发射器和光电接收器的光轴成 60°夹角，光电接收器与玻璃窗之间设置滤光片。光发射器和光电接收器与密封壳体内的 电路板连接，密封壳体内的电路板与密封壳体后端的水密接插件连接。 图1所示的浊度传感器放于水下应用时，光发射器5发出的光照射水中悬浮物后
向产生散射，光电接收器3接收部分散射光，接收的散射光信号经转换后通过密封壳体后
端的水密接插件和水下电缆传递到水上显示器，显示和记录水下浊度值。 但是，图1所示现有技術的浊度传感器，密封壳体前端采用玻璃窗和压盖的组合
结构，光电接收器与玻璃窗之间还设置透镜和滤光片，存在结构复杂、体积大的缺点，不利
于在浮标、水质监测仪等仪器設备上集成。而且，单一光源照射下悬浮物散射光强较弱，影
响低浊度测量的精确度。
发明内容针对现有的水体浊度测量以及浊度传感器所存在的问题，本实用新型推出改进结 构的现场在线测量浊度传感器，其光学窗口采用特殊材料的玻璃加工而成，能使特定波段 的光通过，起到滤光片的作用。光学窗口玻璃加工成凸台形状，体积减小，便于固定安装，更 易于传感器的集成。而且，光发射器采用两个光源，增加了光源强度，提高了低浊度测量时的测量精度。 本实用新型所涉及的浊度传感器外壳呈圆柱形，由圆柱壳体、光学窗口固定架和 底座组成。圆柱壳体前端有圆形敞口，光学窗口固定架为圆环状，光学窗口固定架通过螺纹 连接并紧固在圆柱壳体前端外侧。底座封装在圆柱壳体的后端，圆柱壳体与底座之间通过 螺纹连接。 圆柱壳体内有光学测量系统和测量控制系统。光学测量系统包括光源、光电接收 器和光学窗口。 光学窗口为凸台形状的玻璃窗口，设置在圆柱壳体的前端，凸台凸出部分伸在圆
柱壳体前端的圆形敞口内，凸台凸出部分前端面与圆柱壳体前端面处于同一平面上。凸台
圆盘部分卡在圆柱壳体与光学窗口固定架之间，通过光学窗口固定架和壳体前端之间的紧
压，使光学窗口固定牢固。凸台圆盘部分与圆柱壳体前端之间由O形圈密封。光学窗口的
材质为红外透射可见光吸收玻璃，透过波长大于800nm的红外光，吸收可见光。 光学窗口内侧有光学器件固定架，光学器件固定架上有两个对称的光源孔，光源
孔中心线的夹角为60。，光源孔内安装LED光源。光学器件固定架的中心位置开一槽，槽的
底部安装光电接收器，光电接收器与两个光源孔的光轴夹角分别为30° 。 测量控制系统包括电源、控制电路、数据采集电路、单片机。电源、控制电路、数据
采集电路、单片机固定在圆柱壳体内的电路板上，并有相应的连接。 电路板的一端与光学固定架由螺栓固定，另一端与底座固定连接。光源和光电接 收器均与控制电路连接，光源和光电接收器的引脚分别焊接在电路板上。数据采集电路连 接密封壳体后端底座上的水密接插件连接。浊度传感器通过密封壳体后端的水密接插件， 可直接安装在浮标或者其他测量平台上，也可搭配计算机或掌上机直接进行测量。 本实用新型所涉及的浊度传感器应用于水下浊度测量时，两个LED光源分别发出 固定频率的脉冲平行光，光线通过光学窗口进入被测量的水体中，照射水中悬浮物，光电接 收器接收水中悬浮物产生的部分散射光，接收的散射光信号经转换后以RS232通讯方式直 接输出浊度值，并通过水密接插件传递到水上显示器，进行显示和记录。采用透射红外光吸 收可见光玻璃的光学窗口 ，透过波长大于800nm的红外光，吸收可见光，省去光电接收器前 专设的滤光片。光学窗口玻璃加工成凸台形状，体积减小，便于固定安装，而且，光学窗口凸 台凸出部分前端面与圆柱壳体的前端面处于同一平面上，不易差生气泡，更易于传感器的 集成和使用。光发射器采用两个光源，增加了光源强度，提高了低浊度测量时的测量精度。 浊度传感器根据上位机提供给浊度传感器不同命令，可以实现测量、定标等各项功能，供电 电压为5V 12V，方便快捷，操作简单。
图1为现有技術的浊度传感器结构示意图。 图2为本实用新型的浊度传感器的结构示意图。 图中标记说明 1、玻璃窗 2、方形压盖 3、滤光片 4、光电接收器 5、光发射器 6、光学窗口固定架[0022] 7、光学窗口 9、光学器件固定架 11、光电接收器 13、电路板
8、圆柱壳体
10、光源 12、螺栓 14、底座 15、水密接插件具体实施方式现结合附图对本实用新型的具体实施方式
予以说明。图2显示本实用新型的浊度 传感器的基本结构。 如图所示，本实用新型所涉及的浊度传感器外壳呈圆柱形，由圆柱壳体8、光学窗 口固定架6和底座14组成。圆柱壳体前端有圆形敞口 ，光学窗口固定架6为圆环状，光学 窗口固定架6通过螺纹连接并紧固在圆柱壳体前端外侧。底座14封装在圆柱壳体8的后 端，圆柱壳体8与底座14之间通过螺纹连接。 圆柱壳体8内有光学测量系统和测量控制系统。光学测量系统包括光源10、光电 接收器11和光学窗口 7。 光学窗口7为凸台形状的玻璃窗口，设置在圆柱壳体8的前端，凸台凸出部分伸在 圆柱壳体8前端的圆形敞口内，凸台凸出部分前端面与圆柱壳体8的前端面处于同一平面 上。光发射器采用两个光源，增加了凸台圆盘部分卡在圆柱壳体8与光学窗口固定架6之 间，通过光学窗口固定架6和壳体前端之间的紧压，使光学窗口 7固定牢固。凸台圆盘部分 与圆柱壳体前端之间由0形圈密封。光学窗口 7的材质为HWB800红外透射可见光吸收玻 璃，透过波长大于800nm的红外光，吸收可见光。 光学窗口 7内侧有光学器件固定架9，光学器件固定架9上有两个对称的光源孔， 光源孔中心线的夹角为60。，光源孔内安装LED光源IO。光学器件固定架9的中心位置开 一槽，槽的底部安装光电接收器ll，光电接收器11与两个光源孔的光轴夹角分别为30° 。 测量控制系统包括电源、控制电路、数据采集电路、单片机。电源、控制电路、数据 采集电路、单片机固定在圆柱壳体内的电路板13上，并有相应的连接。 电路板13的一端与光学固定架9由螺栓固定，另一端与底座14固定连接。光源 10和光电接收器11均与控制电路连接，光源10和光电接收器11的引脚分别焊接在电路 板13上。数据采集电路连接密封壳体后端底座14上的水密接插件15连接。浊度传感器 通过密封壳体后端的水密接插件15，可直接安装在浮标或者其他测量平台上，也可搭配计 算机或掌上机直接进行测量。
权利要求一种浊度传感器，外壳呈圆柱形，其特征在于外壳包括圆柱壳体(8)、光学窗口固定架(6)和底座(14)，光学窗口固定架(6)为圆环状，光学窗口固定架(6)通过螺纹连接并紧固在圆柱壳体(8)前端外侧，底座(14)封装在圆柱壳体(8)的后端；圆柱壳体(8)内有光学测量系统和测量控制系统，光学测量系统包括光源(10)、光电接收器(11)和光学窗口(7)，测量控制系统包括电源、控制电路、数据采集电路、单片机，电源、控制电路、数据采集电路、单片机固定在圆柱壳体内的电路板(13)上；光学窗口(7)为凸台形状的玻璃窗口，设置在圆柱壳体8的前端，材质为红外透射可见光吸收玻璃；光学窗口(7)内侧有光学器件固定架(9)，光学器件固定架(9)上有两个对称的光源孔，光源孔内安装LED光源(10)，光学器件固定架(9)的中心位置，装有光电接收器(11)。
2. 根据权利要求1所述的浊度传感器，其特征在于，圆柱壳体(8)与底座(14)之间通 过螺纹连接。
3. 根据权利要求l所述的浊度传感器，其特征在于，电路板(13)的一端与光学固定架 (9)由螺栓固定，另一端与底座(14)固定连接。
4. 根据权利要求l所述的浊度传感器，其特征在于，光学窗口 (7)的凸台凸出部分伸在 圆柱壳体(8)前端的圆形敞口内，光学窗口凸台凸出部分前端面与圆柱壳体(8)的前端面 处于同一平面上。
5. 根据权利要求4所述的浊度传感器，其特征在于，光学窗口 (7)的材质为HWB800红 外透射可见光吸收玻璃，透过波长大于800nm的红外光，吸收可见光。
6. 根据权利要求l所述的浊度传感器，其特征在于，光学器件固定架(9)的中心位置开 一槽，槽的底部安装光电接收器(ll)，光电接收器(11)与安装LED光源(10)的两个光源孔 的光轴夹角分别为30。。
专利摘要本实用新型推出改进结构的现场在线测量浊度传感器，圆柱壳体内有光学测量系统和测量控制系统。光学测量系统包括光源、光电接收器和光学窗口。光学窗口采用特殊材料的红外透射可见光吸收玻璃加工而成，透过波长大于800nm的红外光，吸收可见光。光学窗口为凸台形状的玻璃窗口，设置在圆柱壳体的前端，凸台凸出部分伸在圆柱壳体前端的圆形敞口内，凸台圆盘部分卡在圆柱壳体与光学窗口固定架之间，通过光学窗口固定架和壳体前端之间的紧压，使光学窗口固定牢固。凸台圆盘部分与圆柱壳体前端之间由O形圈密封。该浊度传感器体积减小，便于固定安装，更易于传感器的集成。而且，光发射器采用两个LED光源，增加了光源强度，提高了低浊度测量时的测量精度。
文档编号G01N21/53GK201497703SQ20092022083
公开日2010年6月2日 申请日期2009年9月23日 优先权日2009年9月23日
发明者任永琴, 王世忠 申请人:国家海洋技术中心